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Ciencia

Una inmersión profunda en cómo se hacen las cuchillas

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Una inmersión profunda en cómo se hacen las cuchillas 1


Una pila de cuchillos recortados está en espera de ser terminada.
Una pila de cuchillos recortados está en espera de ser terminada.Industrias de crisol

El acero es una aleación que la mayoría de nosotros damos por sentado. En su forma más simple, es una mezcla de hierro y carbono. Pero hay muchos otros elementos en el acero de la hoja que afectan el rendimiento de un cuchillo. Estos elementos, agregados en pequeñas cantidades, ayudan a los cuchillos a mantener un filo, no a oxidarse, y evitan que se rompan cuando se caen. Para obtener más información sobre ellos, hablamos con Martin Mills, un supervisor de pruebas e innovación en Benchmade Knives. Aquí está la ciencia sobre cómo el metal fundido se convierte en una cuchilla de buena calidad.

Cuchillo de acero se trata de compromiso

En un mundo perfecto, un cuchillo sería asequible, impermeable a la corrosión y lo suficientemente resistente como para servir como palanca si fuera necesario. Sin embargo, todos los aceros de cuchilla son un compromiso de dureza, durabilidad, retención de bordes, resistencia a la oxidación y precio. Si el acero es demasiado duro, mantendrá un borde excepcionalmente bien pero será propenso a astillarse o romperse. Si el acero es totalmente resistente a la corrosión, es probable que sea demasiado blando y no tenga un borde. Algunos aceros de hoja también ofrecen un rendimiento general sorprendente, pero son muy caros.

Losas de acero CPM S30V rumbo a enrollado en láminas.
Dos losas de acero CPM S30V.Industrias de crisol

Los elementos que hacen buen acero al cuchillo

Cada tipo de cuchillo de acero tiene sus puntos fuertes y débiles, y es importante pensar en cómo y dónde usará un cuchillo antes de comprar uno. Dependiendo de la aplicación, los metalúrgicos agregan elementos al acero, lo que puede aumentar el rendimiento en diferentes categorías. Aquí hay algunos comunes que se encuentran en acero de calidad:

Carbón

El carbono es el elemento principal que convierte el hierro en acero. Los aceros de cuchilla a menudo se denominan acero de "alto contenido de carbono" y, por regla general, la dureza aumentará a medida que agregue más carbono. El carbono también mejora la resistencia a la tracción, la resistencia al desgaste y la retención de bordes. Sin embargo, puede tener demasiado de algo bueno, ya que el exceso de carbono conducirá a un acero que es frágil.

Cromo

Agregar cromo al acero aumenta su resistencia a la corrosión. El acero debe tener al menos 13 por ciento de cromo para ser clasificado como "inoxidable". Además de extenderse por todo el material en su estado químico inalterado, el cromo se combina con el carbono para formar partículas llamadas carburos (más sobre eso a continuación). Los carburos de cromo son los carburos más blandos, pero siguen siendo más duros que el acero y su distribución contribuye a la dureza general, la resistencia a la tracción y la retención de los bordes.

Vista desde la estación del operador del horno de inducción. El acero se está derritiendo en un horno de inducción.
Una vista de acero fundido desde una estación de operador de horno de inducción. Industrias de crisol

Molibdeno

El molibdeno, o moly, se usa en cantidades relativamente pequeñas. Es otro material que forma carburo que aumenta la dureza del acero de la hoja.

Vanadio

El vanadio forma los carburos más duros encontrados en el acero de cuchilla moderno; Puede tener un efecto dramático en los atributos de un cuchillo. Estos carburos de grano extremadamente fino y duro ayudan a aumentar la resistencia al desgaste de la cuchilla terminada. Muchos aceros de hoja premium más nuevos contienen una cantidad significativa de vanadio.

Otros elementos que se encuentran comúnmente en los cuchillos modernos de acero inoxidable incluyen níquel, cobalto, manganeso, silicio, niobio, tungsteno e incluso cobre.

Cómo se forman los carburos y por qué son importantes

Los elementos anteriores se funden en un crisol para formar una aleación, que se convierte en el metal del que están hechos los cuchillos. Durante el proceso, cuando se combinan con carbono, también forman pequeñas partículas muy duras llamadas carburos. Mills explica que estos carburos actúan mucho como el agregado en el concreto, que se mezcla con cemento para hacerlo más fuerte. Los carburos son más duros que el acero base solo, y contribuyen a la retención del filo, la resistencia de la cuchilla y la durabilidad.

Estructura de carburo de acero fundido convencional que se muestra en la hoja grabada.
La estructura de carburo se muestra grabada en una cuchilla.Cuchillos Benchmade

El proceso de aleación afecta los tipos de carburos presentes en el acero, mientras que el método de fabricación afecta el tamaño, la uniformidad y la distribución de estos carburos. Esto contribuye a la calidad general de la hoja de acero.

Cómo se fabrican y fabrican las aleaciones de acero al cuchillo

El metal fundido se vierte desde el horno de inducción a la artesa, un canal a través del cual el metal fundido fluye al vacío (no se muestra).
Metal fundido que se vierte desde el horno de inducción.Industrias de crisol

Hay dos formas de hacer cuchillos de acero. El método "convencional" consiste en juntar todos los elementos con carbono y hierro, calentarlos hasta que se derritan y se mezclen completamente, y verter la mezcla en moldes para formar lingotes masivos. La mezcla enfriada se llama aleación, y el acero para cuchillas se ha fabricado de esta manera durante cientos de años.

El único inconveniente es que el acero se enfría lenta e irregularmente. Los elementos que componen la aleación se solidifican a diferentes temperaturas, lo que hace que se separen a un nivel microscópico. Los carburos que se forman no son consistentes en forma o tamaño, o están distribuidos uniformemente en toda la aleación. Este sigue siendo el método más común de producción de acero, y los aceros de hoja fabricados de esta manera incluyen aceros de la serie 1095, 440, 154CM y aceros para herramientas como D2.

Imágenes de microscopio electrónico de una cuchilla afilada.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido del borde en una cuchilla afilada, mirando directamente hacia el borde. Puedes ver las partículas de carburo sobresaliendo ligeramente de la superficie del acero.Cuchillos Benchmade

Pero existe una técnica de fabricación más nueva, iniciada por una compañía llamada Crucible Industries, que utiliza metal en polvo para resolver los problemas de velocidad de enfriamiento.

"Los elementos de aleación se agregan al acero y se funden como antes, pero a medida que la corriente de líquido fundido se vierte del crisol, lo inyectamos con gas a alta presión creando pequeñas gotas que se enfrían y solidifican casi al instante", dice Mills. Estas gotas enfriadas se convierten en granos de un polvo metálico. Los mismos elementos que se encuentran en la aleación del método convencional se mezclan uniformemente dentro de cada grano, y también se forman carburos más pequeños y uniformes dentro de los granos. Luego, el polvo se coloca en una cámara donde se aplica calor y presión, y se fusiona para formar una pieza sólida de metal.

Los carburos más pequeños y distribuidos de manera más uniforme mejoran significativamente la cuchilla terminada. A medida que el acero se desgasta con el afilado y el uso, los carburos quedan expuestos y eventualmente salen. Los carburos más grandes formados en el proceso de fabricación convencional dejan espacios grandes y desiguales cuando se caen. Los carburos uniformes del metal en polvo dejan huecos más pequeños, y los que quedan continúan proporcionando soporte estructural al acero. Esto mantiene la durabilidad y la nitidez en el filo del cuchillo.

Vista microscópica de huecos en una cuchilla.
Una vista microscópica de los huecos en una cuchilla dejada después de que se caen los carburos. El borde de la izquierda muestra espacios más grandes y es una cuchilla convencionalmente fundida. El borde de la derecha es el de un cuchillo hecho de metal en polvo.Cuchillos Benchmade

Cuatro aceros de buena calidad.

Ahora con suficiente conocimiento para ser peligroso, echemos un vistazo a algunos aceros de hoja populares en el rango de precios medio a alto. Recuerde, todos los aceros de cuchilla son un compromiso, y los diferentes procesos de fabricación hacen que algunas cuchillas sean mejores que otras cuando se trata de ciertas tareas.

Acero para herramientas D2

Dozier Knives es bien conocido por el uso de acero D2 como su Yukon Pro Skinner.
A Dozier Knives Yukon Pro Skinner. Dozier Knives es bien conocido por el uso de acero D2.Dozier Knives

El acero D2 no contiene el 13 por ciento de cromo necesario para ser considerado un verdadero acero inoxidable, por lo que a veces se lo denomina "acero semi-inoxidable". Desde el punto de vista del rendimiento, es resistente y tiene una mejor retención de los bordes que muchos aceros, incluido el 154CM . Sin embargo, no puede tocar los nuevos aceros de metal en polvo como S30V para un rendimiento general de la cuchilla, y no es el acero más fácil de afilar en casa. Entonces, ¿por qué seguir usando D2? Porque ofrece una excelente relación precio / rendimiento y es duradero. Un cuchillo hecho de D2 es una excelente opción para una hoja de uso general que no rompa el banco.

154 cm de acero

El Benchmade Barage hecho de 154CM.
El Benchmade Barage hecho de 154CM.Cuchillos Benchmade

Introducido en 1972, el 154CM fue uno de los primeros aceros inoxidables premium para que las cuchillas llegaran al mercado, y sigue siendo una opción popular. También está hecho por métodos convencionales y tiene la cantidad mínima de cromo para ser considerado inoxidable. También contiene mucho carbono.

Este acero es similar al 440C (un acero inoxidable común), pero se agrega molibdeno para aumentar el rendimiento. Tiene una excelente dureza y durabilidad cuando se trata adecuadamente con calor. También tiene un borde, es más resistente a la corrosión que D2 y es más fácil de afilar para el usuario promedio. Ideal para una navaja de bolsillo EDC asequible o una navaja de caza de uso general, el acero 154CM probablemente no estará en el extremo superior de la mayoría de los rangos de precios del fabricante.

CPM S30V Acero

Cuchillo Spyderco Paramilitar 2.
El Spyderco Paramilitary 2 es el ejemplo perfecto de una navaja de alto rendimiento con S30V.Cuchillos Spyderco

CPM S30V (también conocido como S30V) se está volviendo bastante común y por una buena razón. Es un gran ejemplo de las ventajas de la fabricación de metal en polvo y tiene una excelente retención de bordes, buena durabilidad y una fantástica resistencia a la corrosión. También se agrega vanadio a este acero y los carburos resultantes aportan una dureza extrema a la estructura de la aleación. Si bien es probable que los cuchillos hechos de S30V sean más caros, el mayor rendimiento vale la pena, y la mayoría de los fabricantes de cuchillos probablemente comenzarán a reemplazar 154CM con S30V en casi todas las aplicaciones. Es perfecto para una navaja de bolsillo EDC o una navaja de caza de hoja fija que se puede usar para desollar y para trabajos de campo resistentes y de uso general.

Acero S90V

S90V El área púrpura-ish es el acero base Las partículas grises son carburos de cromo Las partículas verdes son carburos de vanadio
La estructura de grano del acero S90V. El área púrpura es el acero base, las partículas más oscuras son los carburos de cromo, y las partículas de color verde brillante son los carburos de vanadio. Cuchillos Benchmade

Usar un cuchillo hecho de S90V es como conducir un auto de carreras. Es costoso, difícil de mantener y no es perfecto para todas las aplicaciones. Se necesitan grandes cantidades de carbono (casi el doble que el D2) y una cantidad ridícula de vanadio para crear S90V, lo que lo hace extremadamente duro y resistente al desgaste. Este acero está fabricado con metal en polvo, y tiene un borde de una manera que pocos cuchillos pueden.

Sin embargo, el S90V no viene sin inconvenientes. Es muy costoso, y cualquier cuchillo hecho de S90V será costoso. No es tan resistente al óxido como 154CM o S30V, y es más propenso a romperse. Esa dureza también tiene un precio. Si una cuchilla S90V se desafila, necesitará mucho más que una piedra de banco para ponerle una ventaja: piense en diamantes e incluso herramientas eléctricas.

¿Cómo se relaciona eso con el rendimiento en el mundo real? Las cuchillas hechas de S90V son excelentes para sostener un filo, pero no son buenas cuchillas resistentes y de uso múltiple. Sin embargo, los cuchillos S90V son increíbles para desollar, donde no hay necesidad de meterlo entre los huesos o las articulaciones. Solo asegúrese de tener algo como un Work Sharp impulsado por motor cerca para retocar el borde.



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